CN115513625A - 高带外抑制的分离式介质滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高带外抑制的分离式介质滤波器，包括陶瓷电容片，所述陶瓷电容片的下方沿陶瓷电容片的长度方向顺序设置有若干介质谐振器；所述陶瓷电容片的底面对应每一介质谐振器分别设置有一底面金属电极片，每一介质谐振器分别通过一连接针与对应的底面金属电极片连接；所述陶瓷电容片的顶面设置有两个输入输出电极，位于所述输入输出电极下方的两个介质谐振器与相邻的介质谐振器之间形成有指定频率的传输零点。本发明中，通过在输入输出谐振器与相邻的传输谐振器之间形成指定频率的传输零点，使滤波器高频部分的带外出现了传输零点，能够减少分离式介质滤波器的阶数，从而减小谐振器数量，并减小滤波器体积和损耗，提升应用效果。
Description
技术领域
本发明属于介质滤波器技术领域，涉及一种高带外抑制的分离式介质滤波器。
背景技术
介质滤波器是采用电子陶瓷材料作为介质，成型为多级谐振腔实现选频功能。陶瓷材料的高介电常数能大幅减小滤波器尺寸，实现小型化、集成化的应用。分离式介质滤波器是介质滤波器的一种，分离式介质滤波器由于每个谐振器结构独立，且谐振器排列结构不易实现传输零点，从而增加带外抑制需要较多的谐振器数量。因此有必要提供一种可以产生带外传输零点的分离式介质滤波器结构，从而使分离式介质滤波器以较少的谐振器数量实现高带外抑制。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于高谐波抑制需求场景的高带外抑制的分离式介质滤波器。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高带外抑制的分离式介质滤波器，包括陶瓷电容片，所述陶瓷电容片的下方沿陶瓷电容片的长度方向顺序设置有若干介质谐振器，且相邻的介质谐振器之间留有间隙；所述陶瓷电容片具有顶面以及与顶面相对的底面，所述陶瓷电容片的底面对应每一介质谐振器分别设置有一底面金属电极片，所述底面金属电极片用于实现相邻的介质谐振器的容性耦合，每一介质谐振器分别通过一连接针与对应的底面金属电极片连接；所述陶瓷电容片的顶面设置有两个输入输出电极，两个所述输入输出电极分别位于两侧的底面金属电极片的上方；位于所述输入输出电极下方的两个介质谐振器为输入输出谐振器，其余的介质谐振器为传输谐振器，在所述输入输出谐振器与相邻的传输谐振器之间形成有指定频率的传输零点。
进一步的，所述介质谐振器包括方形的介质本体，所述介质本体的上端面为开路面，所述介质本体的下端面及四个侧面均覆盖有金属化层，所述介质本体上设置有贯穿其上端面和下端面的谐振通孔，所述谐振通孔的孔壁覆盖有金属化层。
进一步的，所述介质本体为采用实心的高介电常数陶瓷材料制成的陶瓷介质体。
进一步的，所述连接针为金属材料的圆柱体。
进一步的，所述连接针的上端面与底面金属电极片的下端面连接固定，所述连接针的下端伸入介质谐振器的谐振通孔中，并与谐振通孔的孔壁上覆盖的金属化层连接。
进一步的，所述输入输出谐振器的介质本体朝向相邻介质谐振器的侧面为感性耦合面，所述感性耦合面上设置有开窗区域，所述开窗区域未覆盖金属化层；所述开窗区域用于实现输入输出谐振器与相邻的介质谐振器之间的感性耦合。
进一步的，所述开窗区域呈方形。
进一步的，所述开窗区域位于感性耦合面的底部。
进一步的，所述输入输出谐振器对应的底面金属电极片与相邻的传输谐振器对应的底面金属电极片之间的间隙大于相邻两个传输谐振器对应的底面金属电极片之间的间隙。
进一步的，所述陶瓷电容片的下方沿陶瓷电容片的长度方向顺序设置有四个介质谐振器。
本发明中，通过在输入输出谐振器与相邻的传输谐振器之间通过容性耦合和感性耦合共同形成一个谐振电路，并形成指定频率的传输零点，从而使滤波器高频部分的带外出现了传输零点，其高端带外抑制可以提升20dB或者20dB以上。通过增加传输零点提升带外抑制能有效减少分离式介质滤波器的阶数，从而减小谐振器数量，进而减小滤波器体积和损耗，提升应用效果。具有小型化、温度特性好、谐波抑制特性好、耐功率性好、成本低和制造一致性高等诸多优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明高带外抑制的分离式介质滤波器的一个优选实施例的结构示意图。
图2为图1的主视图。
图3为陶瓷电容片的结构示意图。
图4为输入输出谐振器的结构示意图。
图5为传输谐振器的结构示意图。
图6为谐振器的电场分布图。
图7为谐振器的磁场分布图。
图8为采用现有技术设计的在高频部分的带外未形成传输零点的介质滤波器的性能仿真图。
图9为本实施例的介质滤波器的性能仿真图。
附图中各标号的含义为：
陶瓷电容片-100；顶面-101；底面-102；第一输入输出电极-111；第二输入输出电极-112；第一底面金属电极片-121；第二底面金属电极片-122；第三底面金属电极片-123；第四底面金属电极片-124；
连接针-200；
介质本体-300；谐振通孔-301；开路面-302；侧面-303；感性耦合面-304；开窗区域-305；第一介质谐振器-310；第二介质谐振器-320；第三介质谐振器-330；第四介质谐振器-340。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1和图2所示，本发明高带外抑制的分离式介质滤波器的一个优选实施例包括陶瓷电容片100，所述陶瓷电容片100的下方沿陶瓷电容片100的长度方向顺序设置有若干介质谐振器，且相邻的介质谐振器之间留有间隙。所述陶瓷电容片100具有顶面101以及与顶面101相对的底面102，所述陶瓷电容片100的底面102对应每一介质谐振器分别设置有一底面金属电极片，所述底面金属电极片用于实现相邻的介质谐振器的容性耦合；每一介质谐振器分别通过一连接针200与对应的底面金属电极片连接。所述陶瓷电容片100的顶面101设置有两个输入输出电极，两个所述输入输出电极分别位于两侧的底面金属电极片的上方。其中一个输入输出电极为滤波器的输入端，另一个输入输出电极为滤波器的输出端。位于所述输入输出电极下方的两个介质谐振器为输入输出谐振器，其余的介质谐振器为传输谐振器，在所述输入输出谐振器与相邻的传输谐振器之间形成有指定频率的传输零点。
下面以设置四个介质谐振器为例对本实施例进行说明，如图1和图2所示，在陶瓷电容片100的下方沿陶瓷电容片100的长度方向顺序设置有第一介质谐振器310、第二介质谐振器320、第三介质谐振器330和第四介质谐振器340。如图3所示，所述陶瓷电容片100的底面102对应第一介质谐振器310的上方设置有第一底面金属电极片121，对应第二介质谐振器320的上方设置有第二底面金属电极片122，对应第三介质谐振器330的上方设置有第三底面金属电极片123，对应第四介质谐振器340的上方设置有第四底面金属电极片124。为了对相邻介质谐振器之间的容性耦合进行调节，以便于在第一介质谐振器310和第二介质谐振器320之间形成传输零点，以及便于在第三介质谐振器330和第四介质谐振器340形成传输零点。所述第一底面金属电极片121与第二底面金属电极片122之间的间隙、以及第三底面金属电极片123与第四底面金属电极片124之间的间隙均大于第二底面金属电极片122与第三底面金属电极片123之间的间隙。
所述第一介质谐振器310通过一连接针200与第一底面金属电极片121连接，所述第二介质谐振器320通过一连接针200与第二底面金属电极片122连接，所述第三介质谐振器330通过一连接针200与第三底面金属电极片123连接，所述第四介质谐振器340通过一连接针200与第四底面金属电极片124连接。所述陶瓷电容片100的顶面101对应第一底面金属电极片121的上方设置有第一输入输出电极111，对应第四底面金属电极片124的上方设置有第二输入输出电极112。位于所述第一输入输出电极111下方的第一介质谐振器310和位于所述第二输入输出电极112下方的第四介质谐振器340为输入输出谐振器；所述第二介质谐振器320和第三介质谐振器330为传输谐振器。
如图4和图5所示，所述第一介质谐振器310、第二介质谐振器320、第三介质谐振器330和第四介质谐振器340分别包括一个方形的介质本体300，所述介质本体300为采用实心的高介电常数陶瓷材料制成的陶瓷介质体。所述介质本体300的上端面均为开路面302，所述介质本体300的下端面及四个侧面303均覆盖有金属化层，所述介质本体300上设置有贯穿其上端面和下端面的谐振通孔301，所述谐振通孔301的孔壁覆盖有金属化层。所述连接针200优选为金属材料的圆柱体，所述连接针200的上端面与对应的底面金属电极片的下端面连接固定，所述连接针200的下端伸入对应的介质谐振器的谐振通孔301中，并与谐振通孔301的孔壁上覆盖的金属化层连接。
所述第一介质谐振器310和第四介质谐振器340(即输入输出谐振器)的介质本体300朝向相邻介质谐振器的侧面303为感性耦合面304，所述感性耦合面304上设置有开窗区域305。下面以第一介质谐振器310为例进行说明，请继续参考图4，所述第一介质谐振器310的介质本体300朝向第二介质谐振器320的侧面303为感性耦合面304，所述感性耦合面304上设置有开窗区域305；所述开窗区域305一般呈方形，且所述开窗区域305位于感性耦合面304的底部。所述第一介质谐振器310的介质本体300的下端面和除了感性耦合面304之外的三个侧面303均整体覆盖金属化层，所述感性耦合面304在整体覆盖金属化层后，去除了开窗区域305的金属化层，从而在开窗区域305形成未覆盖金属化层的缺口。所述第四介质谐振器340的结构与第一介质谐振器310的结构相同，只是感性耦合面304的朝向不同；所述第四介质谐振器340的介质本体300朝向第三介质谐振器330的侧面303为感性耦合面304。
请继续参考图5，在所述第二介质谐振器320和第三介质谐振器330(即传输谐振器)的介质本体300的下端面及四个侧面303均整体覆盖有金属化层，未形成开窗区域305。
通过在输入输出谐振器指定侧面303(即第一介质谐振器310和第四介质谐振器340和感性耦合面304)的开窗区域305破坏金属化层，由于陶瓷材料的高介电常数，电场和磁场能通过陶瓷材料以及感性耦合面304的开窗区域305将能量传递到下一个谐振器，从而实现输入输出谐振器与相邻的介质谐振器之间的感性耦合。
由于相邻的介质谐振器之间还通过底面金属电极片实现了容性耦合，因此，在所述第一介质谐振器310与第二介质谐振器320之间以及第三介质谐振器330与第四介质谐振器340之间还通过开窗区域305实现了感性耦合；通过在第一介质谐振器310与第二介质谐振器320之间以及第三介质谐振器330与第四介质谐振器340之间得到较强的容性和感性耦合，如图6所示，各个谐振器(包括输入谐振器、输出谐振器和中间谐振器)的电场能量主要集中在其顶部开路端；如图7所示，谐振器的磁场能量主要集中在其底部(即临近底面的部分)。电场能量对应于电路中的电容C1，磁场能量对应于电路中的电感L1，当两个谐振器之间同时有电场和磁场传递时，传递的总能量是两者之差的绝对值(即:|C1-L1|)。但是两者又是并联关系，根据并联电路谐振频率计算公式：
F＝2π/(LC)e0.5
此时L1和C1可以共同形成一个谐振电路，并形成指定频率的传输零点，从而从而实现增加带外抑制的效果。
传输零点的位置与容性耦合和感性耦合量相关，可以根据所需的传输零点的位置对相邻的底面金属电极片之间的间隙进行设置，以及对开窗区域305的形状和面积进行设置。
如图8所示，为采用现有技术实际设计的一款中心频率为2.4GHz、带宽为20MHz的介质滤波器的仿真曲线，其在高频部分的带外未形成传输零点。如图9所示，为采用本实施例的结构实际设计的一款中心频率为2.4GHz、带宽为20MHz的介质滤波器的仿真曲线，从图9可以看出，其在2.53GHz产生了传输零点，在2.5GHz处带外抑制较图8的常规结构提升了20dB。
本实施例通过在第一介质谐振器310与第二介质谐振器320之间以及第三介质谐振器330与第四介质谐振器340之间产生传输零点，从而使滤波器高频部分的带外出现了传输零点，其高端带外抑制可以提升20dB或者20dB以上。通过增加传输零点提升带外抑制能有效减少分离式介质滤波器的阶数，从而减小谐振器数量，进而减小滤波器体积和损耗，提升应用效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：包括陶瓷电容片，所述陶瓷电容片的下方沿陶瓷电容片的长度方向顺序设置有若干介质谐振器，且相邻的介质谐振器之间留有间隙；所述陶瓷电容片具有顶面以及与顶面相对的底面，所述陶瓷电容片的底面对应每一介质谐振器分别设置有一底面金属电极片，所述底面金属电极片用于实现相邻的介质谐振器的容性耦合，每一介质谐振器分别通过一连接针与对应的底面金属电极片连接；所述陶瓷电容片的顶面设置有两个输入输出电极，两个所述输入输出电极分别位于两侧的底面金属电极片的上方；位于所述输入输出电极下方的两个介质谐振器为输入输出谐振器，其余的介质谐振器为传输谐振器，在所述输入输出谐振器与相邻的传输谐振器之间形成有指定频率的传输零点。
2.根据权利要求1所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述介质谐振器包括方形的介质本体，所述介质本体的上端面为开路面，所述介质本体的下端面及四个侧面均覆盖有金属化层，所述介质本体上设置有贯穿其上端面和下端面的谐振通孔，所述谐振通孔的孔壁覆盖有金属化层。
3.根据权利要求2所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述介质本体为采用实心的高介电常数陶瓷材料制成的陶瓷介质体。
4.根据权利要求2所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述连接针为金属材料的圆柱体。
5.根据权利要求4所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述连接针的上端面与底面金属电极片的下端面连接固定，所述连接针的下端伸入介质谐振器的谐振通孔中，并与谐振通孔的孔壁上覆盖的金属化层连接。
6.根据权利要求2所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述输入输出谐振器的介质本体朝向相邻介质谐振器的侧面为感性耦合面，所述感性耦合面上设置有开窗区域，所述开窗区域未覆盖金属化层；所述开窗区域用于实现输入输出谐振器与相邻的介质谐振器之间的感性耦合。
7.根据权利要求6所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述开窗区域呈方形。
8.根据权利要求6所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述开窗区域位于感性耦合面的底部。
9.根据权利要求1所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述输入输出谐振器对应的底面金属电极片与相邻的传输谐振器对应的底面金属电极片之间的间隙大于相邻两个传输谐振器对应的底面金属电极片之间的间隙。
10.根据权利要求1～9任一项所述的高带外抑制的分离式介质滤波器，其特征在于：所述陶瓷电容片的下方沿陶瓷电容片的长度方向顺序设置有四个介质谐振器。
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